隨著通訊與網際網路技術的快速發展與進步，利用低壓電力線傳輸高速率資料的實現與需求，越來越為人們所重視。也因為電力線網路是最普遍且覆蓋率最為廣泛的資源，在裝機使用上更為方便與靈活...
隨著通訊與網際網路技術的快速發展與進步，利用低壓電力線傳輸高速率資料的實現與需求，越來越為人們所重視。也因為電力線網路是最普遍且覆蓋率最為廣泛的資源，在裝機使用上更為方便與靈活，能夠利用已有的電力線網路把寬頻網路接入到每一個家庭，免除在接入方式上的重複投資費用，亦被視為是未來提供寬頻網路接取的最後一哩(Last Mile)解決方案中具競爭力技術之一。
電力線通訊一般簡稱為PLC(Power Line Communication)或BPL(Broadband over Power Lines)，是指利用電力線傳輸資料、視訊與語音信號的一種通訊方式。電力線的用途是用來傳送電力，它原本就不是一種理想的通訊媒介。早期電力線通訊技術因受限於傳輸速率、使用頻帶及電力線衰減等因素，只作為長距離電力監控或低速率的資料讀取如自動讀表系統等通訊應用。但隨著通訊與網際網路技術的快速發展與進步，利用低壓電力線傳輸高速率資料的實現與需求，越來越為人們所重視。
也因為電力線網路是最普遍且覆蓋率最為廣泛的資源，在裝機使用上更為方便與靈活，能夠利用已有的電力線網路把寬頻網路接入到每一個家庭，免除在接入方式上的重複投資費用，用戶可以利用電力線插座方便上網及通訊，具有不用重新佈線、不佔用通訊頻率資源、覆蓋範圍廣、連接方便等顯著特徵，亦被視為是未來提供寬頻網路接取的最後一哩(Last Mile)解決方案中具競爭力技術之一。
低壓電力線一般由銅或其他電的良導體加工而成，其本身的阻抗很小，電力線本身的阻抗並不是衰減的主要原因，由於電力線是傳送電力而不是通訊專用的通訊線，所以，電力線上有大量的用戶家電負載在使用，將導致對載波信號的衰減。高頻信號在低壓電力線上的衰減，是低壓電力線通訊遇到的一個實際困難，低壓電力線通訊的通道電力線上阻抗的變化不定、信號衰減、雜訊干擾及時變性是決定低壓電力線通訊性能好壞的基本參數。儘管要建立一個通用的精確模型來模擬所有低壓電力線通訊的通道，可說是相當困難，甚至不可能，但是要建立一個能反應低壓電力線通道基本特徵的近似模型卻是可行的。除不可預測的雜訊干擾外，所有的衰減均可用頻率響應時變線性濾波器表示其特徵，不可預測的雜訊干擾亦被視為可加性的隨機干擾過程。
電力線網路的節點分佈多，分支線廣大和不匹配線路的結構決定了電力線訊號的多路徑傳輸特性，電力線的傳輸線模型如圖1所示，其特徵阻抗ZL可表示為：。在沒有負載的理想情況下，電力線是一條阻抗均勻分佈的傳輸線，在分佈電感、電容及受電力線外層絕緣材料的影響，電力線信號的衰減會隨著頻率與距離的增加而增加。因而具有頻率選擇性與衰減特性的多路信號傳輸函數可通過N條傳輸路徑的相加以及含有頻率f、延遲τ、距離l、衰減函數A(f, li)的方程式來表示：
(詳細公式請見新通訊55期9月號)
上式中，gi為路徑i的加權係數，代表因折射與反射所帶來的振幅變化；τi為路徑i的時間延遲；li為第i條傳輸路徑的距離；衰減A(f, li)表示與頻率和傳輸距離有關的衰減項，可由f、l與衰減參數a0、a1和k表示為：
(詳細公式請見新通訊55期9月號)
如果利用長度li與相位傳播速度vp的比值表示時間延遲τi，則得到電力線通道轉換函數模型可表示為：
(詳細公式請見新通訊55期9月號)
電力線通訊是指利用電力線傳輸高速率之資料、語音與視訊多媒體服務的一種通訊方式。該技術是將載有資訊的高頻信號加載到電力線上，利用電力線進行資料傳輸，通過專用的電力線調變/解調變(Modem)將高頻信號從電力線上分離出來，再傳送到終端設備電力線調變/解調變，將訊號從電力線上取得下來。目前，該技術主要被應用於水錶、瓦斯錶、電錶等的低速率自動抄表系統，同時該技術的高速率傳輸也是未來寬頻網路接取很有競爭力的一種接入技術。
一般典型的電力線通訊網路系統(圖2)，主要可分為Access BPL(or Access PLC)與In-House BPL(or In-House PLC)兩大部分。電力線通訊技術的分類，從通訊頻率寬度佔用之角度而言；可區分為窄頻電力線通訊(Narrowband PLC)及寬頻電力線通訊(Broadband PLC)。窄頻電力線通訊的載波頻率範圍在不同國家、不同地區是不盡相同的，美國為50KHz至450KHz，歐洲為9KHz至140KHz。寬頻電力線通訊的載波頻率範圍，在美國頻率範圍為4MHz至21MHz(HomePlug 1.0)及2MHz至30MHz (HomePlug AV)，主要用於家庭通訊網路與家庭視音訊娛樂應用，另外，美國FCC目前尚在評估頻率範圍擴充為2MHz至80MHz頻段之可行性；歐洲頻率範圍為1.6MHz至10MHz(戶外Access端)和10MHz至30MHz(戶內In-house端)，這是歐洲電信標準ETSI所制定。另一方面，從通訊的傳輸速率角度而言；可區分為低速電力線通訊及高速電力線通訊，一般以1Mbps傳輸速率為分界點；傳輸速率小於1Mbps時稱為低速電力線通訊或窄頻電力線通訊，而大於1Mbps時稱為高速電力線通訊或寬頻電力線通訊，目前電力線通訊最高速度可達約200Mbps左右的資料傳輸速率。寬頻電力線通訊的工作原理是利用4MHz至21MHz或2MHz至30MHz頻帶範圍傳輸信號，在傳送端利用正交分頻多工(OFDM)技術將用戶資料加以編碼與調變，然後在電力線上進行資料傳輸，在接收端首先經過電力線耦合器及高頻濾波將調變信號濾出，並經解碼與解調變之後，就可得到原來通訊信號。電力線通訊系統設備可分為主要局端設備(PLC Master Modem)和用戶次要調變/解調變器設備(PLC Slave Modem)，主要局端設備負責內部電力線通訊調變/解調變器的通訊與外部網路的連接，在通訊時，來自用戶的資料進入次要調變解調變器後，通過用戶的低壓配電網路傳送到主要局端設備，主要局端設備將信號解調出來，就會將資料送到外部的骨幹網路(Backbone Network)，其電力線通訊系統架構與電力線通訊網路層架構，就如圖3與圖4所示。
HomePlug是電力線聯盟HPA(HomePlug Powerline Alliance)於2000年4月，由Intellon、Comcast、SHARP、SONY等10家公司成立，目標為制定電力線家庭網路技術標準的一種規範，HomePlug電力線聯盟目前約有百家廠商成員。電力線聯盟HPA規劃制定的技術標準規範有HomePlug1.0、HomePlug AV、HomePlug BPL等，其中HomePlug網路參考模型如圖5所示。HomePlug1.0的技術標準規範於2001年6月完成，目前市面上已有相關產品。HomePlug AV技術標準規範制定中，預計2005年完成，HomePlug BPL目前規劃制定中。HomePlug AV技術標準規範的目標為提供高畫質數位電視傳輸最佳的解決方案，將來也是用於支援整個家庭內部的資料傳輸，以及視音訊多媒體娛樂內容傳送等各方面消費性家電產品之應用。HomePlug AV技術規範將與HomePlug1.0技術規範具有相容性，並將各種家電產品及網路通訊相連，在家庭科技資訊生活中，享受悠閒與家庭娛樂。
低壓電力線是世界上分布最廣泛的網路，但是，由於線路上不可預測雜訊干擾非常多，在交流的電力線上進行高速通訊非常困難。現在一些公司致力於發展在雜訊干擾下傳送信號的技術，並且利用傳輸技術試圖消除雜訊干擾，目前低壓電力線通訊在傳輸技術上已經選用正交分頻多工(OFDM)技術，電力線通訊系統必須包含一個具有耐抗性強的實體層(PHY)和一個有效率的介質存取控制(MAC)通訊協定。實體層(PHY)則規範調變與通道編碼的技術格式，而介質存取控制(MAC)負責控制介質與用戶間的通訊協定。HomePlug 1.0實體層的頻寬佔用了從約4.5MHz至21MHz的頻帶，HomePlug1.0頻譜信號限制與載波頻率分佈如圖6及表1所示，其中HomePlug1.0 OFDM系統載波數共有84個，其中有8個載波數位於業餘無線電廣播頻段，為避免產生干擾不予使用，所以正確有效資料傳輸載波數為76個，HomePlug1.0載波與業餘無線電廣播頻率的分佈如圖7所示。實體層在業餘無線電廣播頻段降低了發射器的功率頻譜密度，以便將從電力線輻射到這些系統中的干擾能量降低到最小。
HomePlug1.0正交分頻多工技術採用DQPSK調變，如果使用所有載波時，總傳輸速率約為20Mbps，但從實體層傳遞到MAC層的傳輸速率大約為14Mbps，實際從MAC層的傳輸速率為6Mbps至8Mbps左右，HomePlug1.0的調變模式與傳輸速率如圖8所示。HomePlug1.0的實體層使用正交分頻多工(OFDM)作為基本的傳輸技術，其OFDM符碼週期與符碼週期參數如圖9、表2所示。OFDM是目前電力線通訊所使用的技術標準，其概念是將高速資料流分解成多路載波平行位元流進行傳輸，每條載波上均可傳送一道調變過的低速資料流。HomePlug1.0的實體層傳送端架構如圖10所示，從圖中可看出控制資訊與資料是分別由兩組不同的FEC(Forward Error Correction)進行編碼處理，HomePlug1.0的實體層傳送端主要分為三個部分：Frame Control FEC、Data FEC與OFDM Modulator。
正交分頻多工技術(OFDM)是電力線聯盟HPA(HomePlug Powerline Alliance)技術規範的標準基礎，所謂OFDM技術就是Orthogonal Frequency Division Multiplexing的英文縮寫，為克服電力線上固有的雜訊、多重路徑效應和頻率衰落等現象，目前普遍採用正交分頻多工技術有效利用於現有低壓電力線來實現高速數位通訊，該技術利用離散傅利葉逆轉換(Inverse Discrete Fourier Transform，IDFT)和離散傅利葉轉換(Discrete Fourier Trans-form，DFT)技術來實現正交分頻多工系統之傳送與接收，它採用保護區間(Guard Space)和循環前置(Cyclic Prefix，CP)技術來對抗多重路徑干擾，因而有效降低了符碼間干擾(Intersymbol Interference，ISI)和通道間干擾(Interchannel Interference，ICI)，其OFDM子載波時域與頻域關係如圖11所示。正交分頻多工技術除了通過分割載波的方法來增強通訊的抗干擾外，它還通過提高載波頻譜使用效率的方法來提高通訊的穩定性，這種技術通過對多載波的調變改進，讓各子載波間相互垂直正交，於是調變後的頻譜就可以相互重疊，因而降低子載波間的相互干擾。在對每個子載波完成調變以後，為了增加資料的傳輸量，提高資料傳輸的速度，把所有將要被傳送資料信號的載波進行合併處理，眾多的單個信號合併成獨立傳輸信號進行傳送。
HomePlug1.0技術規範具有不停地監控電力線上通訊信號突然變化的能力，由於電力線上通訊路徑傳送資料的能力會隨時間發生變化，如果衰減或雜波干擾非常大時，使得某個頻率不能進行成功的通訊，HomePlug1.0技術規範將不會使用此頻率的子載波或降低調變傳輸速率。所以HomePlug1.0技術可動態地適應性傳輸，並且接通和切斷相應的載波以保證持續地進行成功的通訊。除了變化的電力線傳輸特性，隨時可能出現一般僅持續約一毫秒的雜波脈衝也會破壞通訊資料，由於雜訊隨機性之特點，簡單的適應性傳輸不能夠及時地解決此問題，因此，HomePlug1.0技術還使用了通道向前錯誤更正(FEC)功能進行編碼處理，通過綜合使用多種通道編碼，此技術能夠重建所有在傳輸過程中遭受到破壞的資料信號。
由於低壓電力線上存在不同的各種家電設備，如電視機、冰箱、微波爐、除溼機、果汁機、冷氣機、吸塵器、調光器、電腦等這些家電設備的開啟與關機，都會造成低壓電力線負載阻抗極為不穩定，且產生巨大脈衝雜訊干擾，至今尚無較為完整的電力線通道傳輸模型，利用低壓電力線上做為通訊使用，一般都採用正交分頻多工傳輸技術來增加抗干擾能力。正交分頻多工傳輸技術是由多載波傳輸的調變方式發展而來，而多載波傳輸的原理是將原本快速傳送速率、寬頻帶的信號，切分為許多個慢速傳送速率、窄頻帶的訊號載在不同的載波頻率上，形成多個子載波信號，然後再合併後一起傳送，因為每個子載波訊號只包含到一小部分的頻寬，如此可以避免硬體上需要寬頻通道等化器(Equalizer)的複雜度，一般基本的正交分頻多工的發射與接收系統如圖12所示，其中輸入的串列資料編碼為複數資料，其資料速率(Data Rate)為，被平行的放在N個不同的次載波上調變，此時資料速率變成，可使系統較不易受到通道延遲擴展(Delay Spread)的影響。若使用二維的資料調變，則資料d(k)可表示成a(k)+jb(k)，所以傳輸的訊號D(t)可以表示為：
(詳細公式請見新通訊55期9月號)
其中，(詳細公式請見新通訊55期9月號)
而(詳細公式請見新通訊55期9月號)。
電力線原本就不是一種理想的通訊媒介，但隨著通訊技術的不斷進步，使得電力線通訊的實用化成為可能。電力線為家庭各房間普遍存在的線路，藉由電力線作為家庭網路骨幹及未來電力線上網，可省卻線路鋪設所造成的不便與成本支出。
2001年6月26日HomePlug電力線聯盟公佈了1.0版技術規範，下一階段將發佈HomePlug AV與HomePlug BPL等技術標準規範，屆時將會對電力線通訊技術的相關產品和網路化家用電器產生重大的影響。在美國、加拿大、英國和德國，電力線通訊技術已經進入了試驗與實用階段，德國RWE電力通信公司2001年7月1日開始電力線通訊的商用化。目前歐盟各國也組成電力線通訊研發聯盟OPERA(Open PLC European Research Alliance)，致力於電力線通訊技術的標準制定與推廣應用，可見電力線通訊相關產品在未來幾年有著極為誘人的前景和潛在的商機。